Vedecké a technické programy. Základné výskumné programy pre vedecký výskum

„Najpestrejšia“ zložením, funkčnosťou, počtom mien a najbližšie ku koncovému používateľovi je samozrejme trieda aplikačných programov. Najzrejmejšou vecou pre aplikačné programy je ich systematizácia podľa funkčného účelu a rozsahu. Z hľadiska funkčnosti možno aplikačný softvér rozdeliť do niekoľkých veľkých skupín:

□ kancelárske aplikácie;

□ aplikácie pre riadenie projektov;

□ aplikácie pre prácu s lokálnou sieťou;

□ Internetové aplikácie;

□ programy pre vedecký výskum a výpočty;

□ vzdelávacie programy;

□ programy na organizovanie práce vzdelávacích inštitúcií;

□ programy pre knižnice;

□ programy na prácu s multimédiami;

□ účtovné programy;

□ finančné programy;

□ dizajnové programy;

□ obchodný softvér;

□ softvér pre vládne agentúry;

□ bezpečnostné programy;

□ programy osobného plánovania;

Tu sú uvedené len hlavné smery, ktorými sa softvér používateľskej aplikácie funkčne vyvíja. Nie je možné pokryť úplne všetko z jednoduchého dôvodu, že dnes je takmer každá ľudská činnosť, každá oblasť jeho života podporovaná jedným alebo druhým typom softvéru. Poďme sa bližšie pozrieť na hlavné kategórie.

15.6.1. Kancelárske aplikácie

Kancelárske aplikácie zahŕňajú hotové kancelárske balíky (proprietárny Microsoft Office alebo otvorený OpenOffice.org), ako aj jednotlivé programy súvisiace s funkciami zadávania, ukladania, spracovania a prezentácie dokumentov v elektronickej forme: rôzne textové editory a textové procesory, tabuľky , programy na tvorbu prezentácií, grafov a diagramov, programov pre individuálne a skupinové plánovanie. Kancelárske aplikácie prenikli tak hlboko do akejkoľvek činnosti, že dnes je stolný počítač nemysliteľný bez kancelárskeho balíka, ktorý je vnímaný ako neoddeliteľná súčasť počítača.

Každá kancelárska aplikácia obsiahnutá v kancelárskych balíkoch má svoj vlastný účel a svoj súbor potrebných a doplnkových funkcií.

Textový procesor

Textový procesor je aplikácia, ktorej hlavným účelom je vytvárať a upravovať textové dokumenty. Nevyhnutné pre moderný textový procesor sú funkcie zadávania textu a vykonávanie úprav textu (kopírovanie, vystrihovanie, mazanie a vkladanie textových fragmentov na určené miesto), ako aj ukladanie textu do súboru na fyzické médium.

Ďalšie funkcie podporované modernými textovými procesormi sa už dlho stali de facto štandardom pre vytváranie softvéru tejto triedy:

□ formátovanie textu - zmena typu a parametrov písma (farba znakov a pozadia, veľkosť, prečiarknutie, podčiarknutie, vzdialenosť medzi znakmi a iné parametre);

□ formátovanie odsekov - zmena parametrov zarovnania, číslovanie, vytváranie zoznamov;

□ formátovanie stránky - stránkovanie, automatické a náhodné, zmena počtu stĺpcov, vytváranie sekcií;

□ vyhľadávanie a nahradzovanie fragmentov v texte dokumentu;

□ tlač dokumentov;

□ odoslanie dokumentu adresátovi prostredníctvom e-mailu;

□ prostriedky spolupráce na dokumentoch (preskúmanie);

□ vkladanie obrázkov, grafov a schém do dokumentu;

□ automatizácia spracovania dokumentov - prostriedky na vkladanie obsahu, poznámok pod čiarou, citácií, bibliografie, prostriedky na vytváranie štruktúry dokumentu;

□ export dokumentov do rôznych formátov – dôležitý je najmä export do multiplatformového HTML formátu.

□ prostriedky programovania funkcií v zabudovanom programovacom jazyku.

Na obr. Obrázok 15.4 zobrazuje okná dvoch textových procesorov. Prvý (Word) je súčasťou štandardného softvérového produktu Microsoft Office, druhý (Writer) je súčasťou bezplatného softvérového produktu OpenOffice.org. Je vidieť, že dva hlavné panely nástrojov týchto textových procesorov sa funkčne takmer úplne zhodujú.

File drak §id insert Fve«at |zbyascha Service Qw* 3 Help

: 1¾ II - OI b:< Щ^ ": # i:.-, - т-sm lii щ (Г5% "13 # *

; ; i ,„ 3 2 р 3 (зШШШ Ш» а» Si "г 0 Д♦ - И,** £

OpenOffice.org writez\

Hlavnou funkciou tabuľkového hárka je ukladanie údajov do napísaných buniek, ktoré vám umožňujú pristupovať k dátovej jednotke adresovaním podľa názvu (čísla) stĺpca (riadku) a tiež spracovávať údaje vykonávaním aritmetických operácií alebo ich odovzdaním ako argumenty. na vstavané funkcie.

Ďalšie funkcie tabuľkového procesora sú takmer podobné funkciám textového procesora: formátovanie textu, vkladanie obrázkov a rôznych objektov, štýl a farebné formátovanie textu, pozadie a mriežka tabuľky, a to ako bezpodmienečné (formátovanie vybraného fragmentu), tak aj podmienené (v závislosti od hodnoty v týchto alebo iných bunkách). Okrem toho medzi ďalšie funkcie tabuľkových procesorov patrí rozšírenie ich funkčnosti prostredníctvom špecializovaných doplnkov určených na vykonávanie štatistických, finančných, ekonomických a vedeckých výpočtov a experimentov s údajmi. Rovnako ako pri textových dokumentoch, aj pri tabuľkách je dôležitá možnosť exportu do rôznych formátov, najmä HTML, a tlač tabuliek.

! "Ariaicyr ................................................

jj ||"& Jka gm Bgra"" Fotsnag Cgpafte £tte Qkmo Help

14; w&4",t; " . f" " $ . "t" *

15 j f^"".......... P 7 ".......... 3 Ж к a * £ Уь Ai % %%%

shShNKK,

iiiii

Ryža. 15.5. Tabuľky

Bezplatný program Calc a proprietárny program Excel majú takmer rovnakú funkčnosť. Všetko, čo môžete robiť v programe Microsoft Excel, môžete vykonávať v programe Calc. Dokumenty vytvorené v programe Calc je možné uložiť vo formáte Excel a dokumenty vytvorené v programe Excel je možné otvoriť v programe Calc. Nemôžeme však hovoriť o úplnej identite, ako aj o úplnej kompatibilite: niektoré operácie (napríklad správne obnovenie odkazov na iné hárky a zošity), ktoré podporuje Microsoft Excel, nie sú v Calc podporované. Existuje tiež nekompatibilita na úrovni programovania aplikácií: vstavané jazyky v týchto dvoch programoch sú odlišné, takže makrá programu Microsoft Excel v programe Calc nebudú fungovať.

Aby sme sa ďalej neopakovali, treba poznamenať, že tento druh neúplnej kompatibility, čo sa týka funkčnosti aj vstavaných mechanizmov automatizácie, je charakteristický pre všetky programy dvoch balíkov: Microsoft Office a OpenOffice. Org.

Prezentačné programy

Prezentácie sa nestali okamžite neoddeliteľnou súčasťou kancelárskeho balíka. Prvé kancelárske balíky obsahovali iba textové procesory a tabuľkové procesory, v niektorých prípadoch kancelárske balíky obsahovali nástroj na vytváranie viazačov dokumentov a niektoré ďalšie. Ako sa však multimediálne a projektorové vybavenie vyvíjalo, potreba stručnej, vizuálnej, krásne navrhnutej, ilustrovanej pomocou diagramov a grafov prezentácie informácií bola čoraz jasnejšia. Tak vznikol žáner počítačovej prezentácie a s ním aj programy na tvorbu prezentácií.

Za hlavnú funkcionalitu programu na tvorbu prezentácií treba považovať schopnosť vytvárať, navrhovať a prehrávať počítačové prezentácie v rôznych režimoch.

Medzi ďalšie funkcie patrí:

□ prítomnosť veľkého počtu a rôznych vizuálnych a zvukových efektov reprodukovaných počas prechodu medzi snímkami az jednej časti snímky do druhej;

□ vytváranie samostatných prezentácií, tj prezentácií, ktoré sa reprodukujú nezávisle od základného programu (môže to byť spustiteľný súbor, ako aj súbor flash alebo pdf);

□ rozvinutý systém šablón a bohatá zbierka obrázkov;

□ interakcia s prezentačným zariadením;

□ schopnosť implementovať zložité multimediálne objekty a jednoducho ich spravovať.

Na obr. Obrázok 5.6 zobrazuje programy na vytváranie prezentácií Power Point z balíka Microsoft Office a Impress z produktu OpenOffice.org.

Ryža. 15.6. Vytváranie prezentácií

15.6.2. Programy projektového manažmentu

Jednou z obľúbených oblastí činnosti manažérov na rôznych úrovniach riadenia v súčasnosti je projektový manažment. Metóda projektového manažmentu, pri ktorej sa súbor vzájomne súvisiacich obchodných úloh považuje za jeden projekt s presne definovaným časovo ohraničeným začiatkom a koncom, rozpočtom, personálom účinkujúcich a kompletným rozdelením úloh, sa v mnohých ohľadoch osvedčila. : je dobre algoritmizovaný, štandardizovaný a je ľahko prenosný z jedného miesta na druhé.

Nie je prekvapením, že nástroje na riadenie projektov pre manažérov na vyššej aj strednej úrovni sú pomerne bežnou triedou softvéru. Najznámejším softvérovým produktom na riadenie projektov je určite Microsoft Project v desktopovej aj serverovej verzii. Tento produkt vám umožňuje spravovať jednotlivé malé a stredné projekty, ako aj balíky projektov na podnikovej úrovni skombinované do portfólia.

Na riadenie projektu sú potrebné tieto schopnosti:

□ určiť (nastaviť) zdroje vrátane materiálnych, finančných, ľudských, časových atď.;

□ definovať prácu (úlohy), stanoviť ich hierarchiu a prepojenie;

□ vypracovať a sledovať rozpočty projektov pre rôzne sekcie (čas, zdroje, práca);

□ efektívne rozdeľovať zdroje a prácu, sledovať a označovať splnenie úloh a vynakladanie zdrojov;

□ dostávať správy o pokroku projektu v rôznych formách (Ganttov diagram, harmonogram, rozpočty, týždenné alebo denné prezentácie);

□ flexibilne prestavovať vytvorené konfigurácie projektu.

15.6.3. Klientske programy pre prácu s internetovými službami

Najznámejšia internetová služba, ktorá tvorí World Wide Web (WWW), funguje cez protokol HTTP. Túto službu využívajú programy nazývané internetové prehliadače alebo programy na prehliadanie internetu. Úlohou internetového prehliadača je načítať internetové stránky z danej adresy, správne ich zobraziť, zabezpečiť interakciu užívateľa s aktívnymi prvkami internetovej stránky, udržiavať požadovanú úroveň bezpečnosti a chrániť dôverné informácie užívateľa. Najpopulárnejšie programy tejto triedy sú dnes Microsoft Internet Explorer a bezplatný softvérový produkt Mozilla FireFox, popularita ďalšieho prehliadača, Google-Chrome, rýchlo rastie. Okná týchto troch prehliadačov sú znázornené na obr. 15.7.

Obrázok ukazuje, že ani jeden prehliadač, aspoň externe, nezaviedol žiadne špeciálne inovácie. Treba si uvedomiť, že model otvoreného vývoja, v ktorom je vytvorený Mozilla FireFox, má svoje výhody: počas existencie tohto programu preň dobrovoľníkmi vyvinuli desiatky tisíc doplnkových modulov. Tieto moduly výrazne rozširujú funkčnosť prehliadača Mozilla FireFox. Niektoré moduly umožňujú úplne zmeniť spôsob prezentácie informácií v okne programu (obr. 15.8).

Sieťový protokol FTP je určený na prijímanie súborov z IP serverov, zatiaľ čo servery FTP fungujú ako druh skladu súborov. Dnes prakticky neexistujú žiadne špeciálne klientske aplikácie, ktoré by pracovali s týmto protokolom, pretože všetky internetové prehliadače sú schopné čítať adresáre FTP a sťahovať z nich súbory do počítača používateľa. Na obr. 15.9 môžete vidieť, ako vyzerá rovnaký ftp adresár v správcovi súborov Konqueror av Internet Exploreri.

Obrázok ukazuje, že moderné nástroje na prácu s ftp servermi reprodukujú vzdialené sieťové priečinky rovnakým spôsobom ako lokálne adresáre na disku, a ak má používateľ príslušné práva, rozdiel medzi sieťovými a lokálnymi súbormi je prakticky vymazaný: môžete otvoriť , upravovať, vystrihovať, kopírovať a presúvať súbory a priečinky z pevného disku na vzdialený server a späť.

E-mail je jedným z najbežnejších prostriedkov na výmenu osobných a obchodných informácií na internete. Na prácu s e-mailom existuje množstvo softvéru. Medzi najznámejšími e-mailovými klientmi s grafickým používateľským rozhraním zrejme stojí za zmienku komerčné programy Microsoft Outlook a The Bat, ako aj bezplatný program Mozilla Thunderbird. Na obr. 15.10 môžete vidieť okná Microsoft Outlook a Mozilla Thunderbird.

Súbor Orda-^ &1L Sdyns Duist&on 4003" yipaftca

^ Г"/ У ^owerrtibsees ;^orrmw*>iroftf$fcb Ш

Ryža. 15.10. E-mailoví klienti na prijímanie a odosielanie e-mailov

Pre moderný e-mailový program nestačí len schopnosť prijímať a odosielať správy, aby obstál v konkurencii na trhu podobných programov. Okrem toho musia byť podporované nasledujúce funkcie:

□ prijímanie a odosielanie správ nielen v textovom formáte, ale aj v iných formátoch (napríklad HTML);

□ odosielanie príloh;

□ reprodukcia multimediálneho obsahu;

□ vyhľadávanie v hlavičkách, témach a textoch správ;

□ vedenie databázy adries;

□ vytvorenie ďalších priečinkov;

□ vykonávanie automatických operácií s prichádzajúcou poštou, vrátane jej ukladania do rôznych priečinkov v závislosti od priradených filtrov;

□ ochrana pred nebezpečným obsahom obsiahnutým v správe alebo prílohe.

Služby okamžitých správ

Služby okamžitých správ (internetové poslovia) sú medzi užívateľmi internetu bezprecedentne obľúbené od svojho vzniku až dodnes. Prvou a najznámejšou je služba ICQ. O niečo menej známy je formát a aplikácie podporujúce protokol Jabber. Číslo mobilného telefónu a číslo ICQ sa stali neoddeliteľnými osobnými identifikátormi ako číslo pasu. Služby okamžitých správ vám umožňujú vymieňať si správy v jednom okne a súčasne si navzájom posielať súbory
(napríklad fotografie). Z doplnkových funkcií, ktoré služby okamžitých správ implementujú, môžeme vyzdvihnúť organizovanie konferencií a skupinový chat (súčasná konverzácia viacerých osôb zobrazená v jednom okne).

Dnes existuje pomerne veľa programov, ktoré podporujú okamžité správy, a všetky sú buď zadarmo alebo zadarmo, ale s reklamou. Na obr. Obrázok 15.11 zobrazuje okná programov Kopete a QIP, ktoré súčasne podporujú formáty Jabber aj ICQ.

Ryža. 15.11. Internetové pagery

T \

Peer-to-peer siete Peer-to-peer siete (Peer to Peer, p2p) nevyžadujú server. Účelom tejto služby je priama výmena súborov medzi účastníkmi siete. Prevádzka peer-to-peer sietí je založená na skutočnosti, že každý klient je zároveň serverom. Ak má niekto zaujímavý súbor, povie programu, že chce tento súbor umiestniť na sieť, a potom o tom informuje záujemcov. Program rozdelí súbor na malé časti a ostatní ľudia, ktorí si tento súbor stiahnu, súčasne poskytnú tie „kúsky“, ktoré už stiahli, ďalším klientom. Tým sa dosiahne efekt optimalizácie zaťaženia siete a absencia jedného servera v sieti peer-to-peer. Medzi najznámejšie programy na organizovanie p2p sietí patrí pTorrent, klientsky program, ktorého okno je možné vidieť na obr. 15.12. Hlavným problémom sietí peer-to-peer je skutočnosť, že elektronické informačné produkty (programy, filmy, knihy a hudba) sú prostredníctvom nich často šírené v rozpore s autorskými právami.

, X- A

QCompleted(O) j ^ sms: IgAcbVe (2) Qlnactive (0)

T1SHZH nlOc

		. H.4J-,	J	\Vlastná rýchlosť, j Rýchlosť IJp	JReq? , 5 aktualizovaných ,		xy3
J- /7.66.153 102	pTorrent 1.3.G	D	100,0		2\|0
I ® HSI-KBW-078-042-221 -034, hsi3, kábel-,	BrtTorrent 6.1.2	D	100,0	4,3 kB/s		112 až	:111
"■ppp-8b25-54-226.ufcranet.ru	pTorrent 1,8,2		100,0	5,8 kB/s	4 i 0	448 kB	5iI
I 81.198.55.48	(Nájomné 1,8,2	D	100,0	1,2 kB/s	3\|0	96,0 №
Il 384-203-51 -205 ,mysmart le	uTor rent 1.8.2	D	100.0	2,1 kB/s		32,0 №
I 84.237.164.95	pTorrent 1.8.3	D	100,0	6,2 kB/s	4(0	192 Sh	ja
ja 90 150 137,18?	pTorrent 1,8,3	D	100,0	2,9 kB/s	3 ja 0	208 m	51,2 I=
I "Zu 116-238-112-92.pool.ukrtel.net	pTorrent 1,8,1	D	100.0	1,8 kB/s	3(0
j Mlriet 166.255.92-89, tmn.ertefeconri.ru	IITorrent 1,8,3	D	100,0	0,3 kB/s	2 J 0
1. JAN 93-80-0-187. širokopásmové pripojenie, corbina, gi Lu _ __	pTorrent 1,8,2		0,2	4,2 kB/s	yashhhhhh	240 kB	Jff j-
Ryža.	j". ;D: 52,0 kB/s T: 2,6 MS 15.12. program pTorrent	Xj;0>2fco/sT:93,2k8

15.6.4. Programy pre vedecký výskum a výpočty

Špecializovaný softvér na vykonávanie vedeckého výskumu, zbieranie vedeckých (experimentálnych) štatistík a vykonávanie špeciálnych vedeckých výpočtov na základe zozbieraných údajov nie je tak známy ako napríklad softvér na prácu na internete, kancelársky či multimediálny softvér. Jednou z oblastí vedeckého výskumu, v ktorej je špecializovaný vedecký softvér široko používaný, je bioinformatika, ktorá úzko súvisí s dekódovaním ľudského genómu a následnou konštrukciou génových modelov (genetické inžinierstvo) na riešenie problémov v medicíne, zdravotníctve a poľnohospodárstve. . Program Avogadro vám napríklad umožňuje vytvárať úžasné 3D modely molekúl (obrázok 15.13).

Najbežnejšie sú programy na všeobecné matematické, štatistické a fyzikálne výpočty (príklady takýchto programov: STATISTICA, MathCad, MathLab, MATHEMATICA). Tretím typom z hľadiska počtu programov sú programy na astronomické modelovanie a astronomické výpočty.

15.6.5. Vzdelávacie programy

Trend začleňovania výpočtovej techniky do vzdelávacieho procesu sa v dnešnej dobe čoraz viac prejavuje, pričom zároveň aktívne prebieha vývoj softvéru špecificky zameraného na vzdelávací proces. Softvér pre vzdelávací proces možno rozdeliť do troch hlavných skupín:

□ pre interakciu;

□ odovzdávať vedomosti o určitých predmetoch;

□ na počítačové testovanie a školenia.

Programy na interakciu

S pomocou moderného softvéru a hardvéru môže učiteľ predvádzať svoju pracovnú plochu na študentských monitoroch a vidieť pracovné plochy študentov na monitore svojho počítača. Rovnaké nástroje umožňujú študentom pristupovať k počítačom toho druhého. Tento mechanizmus zvyčajne funguje efektívne v rámci jednej triedy v rámci lokálnej počítačovej siete, ale s dobrou priepustnosťou sieťového kanála môže byť účinný aj v globálnych sieťach alebo na internete. To vytvára distribuované vzdelávacie prostredie, kde všetci účastníci môžu navzájom pristupovať k počítačom. Príkladom softvéru, ktorý implementuje tieto princípy, je softvérový produkt NetOp School od spoločnosti Axis Projects.

Programy na prenos vedomostí v určitých predmetoch

Programy tohto typu v interaktívnej forme umožňujú získať vedomosti v konkrétnom predmete štúdia alebo v určitej oblasti vedomostí. Dnes existuje veľa takýchto programov, komerčných aj bezplatných. Ako príklad uvádzame program „Interaktívna periodická tabuľka“, ktorý umožňuje získať komplexné informácie o každom prvku periodickej tabuľky (obr. 15.14).

Programy na počítačové testovanie a školenia

V súčasnosti existuje široká škála programov na testovanie a školenie počítačov, voľne dostupných aj platených, od jednoduchých programov s odpoveďami na tucet otázok s jedinou možnosťou výberu až po výkonné systémy počítačového testovania a potvrdenia kvalifikácie so sieťovou registráciou, a široká škála úlohových metód otázka a odpoveď a databáza otázok pozostávajúca z desiatok tisíc rôznych možností.

Profesionálne počítačové testovacie systémy majú tiež zabudovanú inteligenciu a ak počas prieskumu nedokážete správne odpovedať na otázku, položia ju znova, ale preformulovanú. Ak je odpoveď opäť nesprávna, systém začne preverovať vašu znalosť témy ako celku.

Vzdelávací operačný systém Ruska

V Rusku bol v roku 2008 dokončený vývoj a testovanie vzdelávacej linuxovej distribúcie, ktorá dostala všeobecný názov „School Linux“. Táto vzdelávacia distribúcia založená na riešeniach Alt Linux Desktop a Alt Linux Server má niekoľko verzií:

□ Master - najkompletnejšia verzia, navrhnutá pre „dobrú“ hardvérovú platformu (s RAM 2 GB a viac);

□ Junior – najbežnejšie riešenie, určené pre väčšinu školských počítačov, sa od Master verzie líši len absenciou balíkov s najnáročnejšími zdrojmi, ako je Eclipse;

□ Ľahká – špeciálne ľahké riešenie pre staršie počítače s pamäťou RAM od 512 do 128 bajtov;

□ Terminálový server - riešenie pre jeden výkonný počítač a triedu starých počítačov s RAM od 32 do 64 MB;

□ Server - serverové riešenie so sadou vzdelávacieho serverového softvéru určeného na integráciu školských počítačov do siete s jednou bránou, filtrovanie obsahu prevádzky, nástroje pre kolektívnu interakciu (Media Wiki) a e-learning (Moodle).

Vzdelávacia distribúcia obsahuje komplexnú sadu kancelárskych, systémových a sieťových programov pre každý vkus. Vzdelávacia distribúcia navyše zahŕňa mnoho špecializovaných vedeckých, vzdelávacích a vzdelávacích aplikácií. Výkonná základňa vývojových nástrojov umožní študentom zvládnuť rôzne programovacie techniky a navrhovanie programov v rôznych programovacích jazykoch a v rôznych prostrediach.

15.6.6. Programy na organizovanie práce vzdelávacích inštitúcií

Programy na informatizáciu riadenia školského procesu a uľahčenie práce školskej administratívy, interakciu s rodičmi, zaznamenávanie rôznych udalostí v živote žiakov, sledovanie ich zdravotného stavu a podporu vzdelávacieho procesu (počítačový denník, počítačový denník, online rodičovské stretnutie ) boli vyvinuté a používané už dlhú dobu, ale väčšinou majú zahraničný pôvod. Ako je však známe, v niektorých oblastiach činnosti sa normy a formálne kritériá rozchádzajú. Stalo sa to s účtovnými programami, ktoré pre našu krajinu museli byť vytvorené prakticky „od nuly“, a to sa stalo aj s programami na riadenie práce školy alebo univerzity: štruktúry vzdelávacích inštitúcií, hodnotiace kritériá, zápis, rozdelenie do skupín. a disciplíny sa ukázali byť príliš odlišné. A legislatívny rámec dlho nepodporoval rozvoj takýchto programov.

Úplne prvými softvérovými produktmi, ktoré uľahčili život administrácii vzdelávacej inštitúcie, boli programy na rozvrhovanie vyučovania zohľadňujúce vyťaženosť učiteľov, učební, predmetov a ďalších parametrov. Tieto programy nevyžadovali znalosť žiadnych špeciálnych noriem a dokumentov, riešenie problému alokácie zdrojov v čase je čistou matematikou. Jedna z úspešných implementácií takýchto programov, Rektor, je znázornená na obr. 15.15.

Životné a administratívne úlohy vzdelávacej inštitúcie sa však neobmedzujú len na plánovanie. Tematické plánovanie hodín, evidencia dochádzky a hodnotenia, rôzne školské akcie, kontakty s rodičmi – to všetko si vyžaduje aj určitú programovú podporu. Takáto podpora je implementovaná v programe Net-School (obr. 15.16).

Tento systém automatizuje mnohé školské administratívne funkcie. Ale nemôže byť voľne používaný v škole

proces, a pointa nie je v programovaní, ale v právnej a finančnej evidencii mnohých prevádzok: vzniká problém školského časopisu, ktorý bude treba duplikovať dvakrát, v elektronickej forme aj v papierovej podobe; Problém financovania distribúcie hlásení rodičom formou SMS správ nie je vyriešený.

fVr.Ttip bdnk dayanych Sh

"■■QMm^^ . LShtt - Shtrtsh" \.y

Ryža. 15.15. Rozvrhovanie v programe Rektor

j Ftie tdt "Aei/., ha\"oriLe-: Tooh- Pomoc

Ajjkires:. bgjj hc";p.//netsdioof/aspv"Graue;"Jour

Študenti

septembra

Priemerná

Ocenenie za obdobie

10 !

stupňa

L.J.

1, Aronova Irin

chorý

5,00

2, Badyashev Alexander

chorý

4,33

3. Zimin Arkadi

HORE

Hill

4,00

4. K"raierova Valentina

iill

f~l 31

Illll

3,50

6, Kuznecovová Anastasia

iii

... 3,67 ..

7, Kurskaya Ksen

3,50

0. .

iii

2,67

9. Norova Tat Ya!

HORE

chorý

5/30

10, Pavlova Nát

!naplniť

11, Renat!

naplniť

3,00

12, Rím

iill

3,33

13. Sazonová Juh

yaya

5,00

14.

4,50

SHSHSH IhWi

ZYIIIIIIIII schv

Ryža. 15.16. Školský administratívny informačný systém Net-School

15.6.7. Multimediálne programy

Trieda multimediálneho softvéru zahŕňa programy, pomocou ktorých môžete vytvárať, upravovať, ukladať a prehrávať multimediálne dáta, teda dáta obsahujúce nehybný a pohyblivý obraz a zvuk. Multimediálny softvér zahŕňa množstvo veľmi obľúbených programov: grafické editory rastrových formátov Adobe Photoshop a GIMP, vektorové grafické editory Corel Draw a Corel Xara, programy na vytváranie a úpravu flash animácií, programy na prácu so zvukom a množstvo prehrávačov multimediálnych formátov. od prehliadačov obrázkov po prehrávače DVD.

15.6.8. Účtovné programy

Účtovné programy predstavujú obrovskú triedu aplikácií. Môžu to byť samostatné softvérové produkty alebo softvérové moduly zahrnuté v informačnom systéme. Medzi domácimi účtovnými programami je najznámejší program 1C: Accounting. Kedysi ako autonómne softvérové prostredie pre účtovné výpočty sa teraz pretransformovalo na informačný systém, ktorý obsahuje moduly pre personálnu evidenciu (1C-personál), skladové účtovníctvo (1C-sklad), plánovanie finančnej činnosti priemyselných podnikov (1C- podnik) a obchodné spoločnosti (1C-trade). Tento softvérový produkt je komerčný.

Medzi slobodným softvérom je aj riešenie na automatizáciu účtovníctva a ekonomického účtovníctva podnikov (Ananas), ktoré, ak sa používa správne, môže byť v mnohých prípadoch vhodnejšie ako pomerne drahý systém 1C, ktorý si vyžaduje špeciálne školenie.

15.6.9. Programy na finančné výpočty a prognózy

Hlavným účelom takýchto programov je vykonávať finančné výpočty. Takéto programy môžu vykonávať nasledujúce funkcie:

□ vypracovanie podnikateľského plánu pre podnik;

□ návrh rozvoja podnikania;

□ analýza finančnej situácie podniku na základe jeho účtovnej závierky;

□ výpočet finančných ukazovateľov;

□ výpočet bonity dlžníka;

□ príprava výročnej správy podniku;

□ porovnanie finančnej situácie podniku s konkurenčnými spoločnosťami;

□ analýza ziskovosti, solventnosti, likvidity a finančnej stability;

□ analýza plánovaných investičných aktivít.

Príkladom tohto typu softvéru je softvérový balík Expert Systems: Project Expert, Audit Expert a Prime Expert. Tieto programy umožňujú vykonávať všetky uvedené typy finančných analýz a plánovania, vyhodnocovať riziká a príležitosti podniku.

15.6.10. Softvér pre technický dizajn

Moderný priemysel a stavebníctvo si nemožno predstaviť bez softvérových balíkov. V súťaži sa stáva rozhodujúcim načasovanie vývoja a uvedenia produktov na trh, ako aj načasovanie vypracovania projektovej dokumentácie pre výstavbu budov. Moderné počítačom podporované konštrukčné systémy umožňujú vytvárať výkresy dielov, zostáv a zariadení na počítači okamžite v trojrozmernej forme a okamžite vykonávať výpočty pevnosti, odolnosti proti opotrebeniu a iných definujúcich technických charakteristík. Najznámejšími programami tejto triedy sú Autodesk Autokad vo všetkých modifikáciách, umožňujúci počítačom podporované navrhovanie od mechanických častí až po chemické zlúčeniny a Graphisoft ArchiCAD, ktorý je určený pre architektonický dizajn.

Okrem týchto veľmi drahých softvérových produktov existuje celý rad rôznych špecializovaných programov, komerčných aj bezplatných.

15.6.11. Obchodné programy

Podnikový softvér zahŕňa širokú škálu typov softvérových balíkov:

□ softvér na riadenie prevádzky priemyselného podniku;

□ softvér na riadenie procesov;

□ špecializovaný softvér pre priemyselné odvetvia;

□ špecializovaný softvér pre typy výroby;

□ špecializované informačné systémy pre typy podnikania;

□ softvér pre malé podniky;

□ softvér pre sieťové podnikanie.

Pre veľké a stredné podniky sa už štandardom stali hotové systémy plánovania zdrojov (Enterprise Resource Planning – ERP). Najznámejšie softvérové balíky tejto triedy sú SAP R/3 od SAP AG a Oracle eBusiness Suite od Oracle. Z ruských softvérových balíkov je najpoužívanejší balík Galaktika ERP od spoločnosti Galaktika Corporation, ako aj 1C: Enterprise.

ERP systémy sa rozšírili vďaka svojej modulárnej štruktúre, ktorá umožňuje flexibilnú konfiguráciu softvérového produktu tak, aby vyhovoval potrebám každého podniku. Napríklad Oracle eBusiness Suite obsahuje riadiace podsystémy:

Špecializovaný softvér na vykonávanie vedeckého výskumu, zbieranie vedeckých (experimentálnych) štatistík a vykonávanie špeciálnych vedeckých výpočtov na základe zozbieraných údajov nie je až tak známy. Jednou z oblastí vedeckého výskumu, v ktorej sa najviac využíva špecializovaný vedecký softvér, je bioinformatika (Program Avogadro), po nej nasledujú programy na všeobecné matematické, štatistické a fyzikálne výpočty (najrozšírenejšie sú STATISTICA, MathCad, MathLab, MATHEMATICA). Tretím typom z hľadiska počtu programov sú programy na astronomické modelovanie a astronomické výpočty.

□ pre interakciu;

□ odovzdávať vedomosti o určitých predmetoch;

□ na počítačové testovanie a školenia.

Multimediálne programy

Trieda multimediálneho softvéru zahŕňa programy, ktoré možno použiť na vytváranie, úpravu, ukladanie a prehrávanie multimediálnych údajov, t. j. údajov obsahujúcich statické a pohyblivé obrázky a zvuk. Multimediálny softvér zahŕňa množstvo veľmi populárnych programov: grafické editory rastrových formátov AdobePhotoshop a GIMP, vektorové grafické editory CorelDraw a CorelXara, programy na vytváranie a úpravu flash animácií, programy na prácu so zvukom a množstvo prehrávačov multimediálnych formátov, z programov prezeranie obrázkov na DVD prehrávačoch.

Účtovné programy

Účtovné programy predstavujú obrovskú triedu aplikácií. Môžu to byť samostatné softvérové produkty alebo softvérové moduly zahrnuté v informačnom systéme. Medzi domácimi účtovnými programami je najznámejší program 1C: Účtovníctvo, ktorý obsahuje moduly pre personálne účtovníctvo (1C-personál), skladové účtovníctvo (1C-sklad), plánovanie finančných aktivít priemyselných podnikov (1C-podnik) a obchodných spoločností ( 1C-obchod). Tento softvérový produkt je komerčný.

Medzi bezplatným softvérom je aj riešenie na automatizáciu účtovníctva a ekonomického účtovníctva podnikov (Ananas), ktoré pri správnom používaní môže byť v mnohých prípadoch vhodnejšie ako pomerne drahý systém 1C, ktorý si vyžaduje špeciálne školenie.

Programy na finančné výpočty a prognózy

Hlavným účelom takýchto programov je vykonávať finančné výpočty. Takéto programy môžu vykonávať nasledujúce funkcie:

□ vypracovanie podnikateľského plánu pre podnik;

□ návrh rozvoja podnikania;

□ analýza finančnej situácie podniku na základe jeho účtovnej závierky;

□ výpočet finančných ukazovateľov;

□ výpočet bonity dlžníka;

□ príprava výročnej správy podniku;

□ porovnanie finančnej situácie podniku s konkurenčnými spoločnosťami;

□ analýza ziskovosti, solventnosti, likvidity a finančnej stability;

□ analýza plánovaných investičných aktivít.

Príkladom tohto typu softvéru je softvérový balík ExpertSystems: ProjectExpert, AuditExpert a PrimeExpert. Tieto programy umožňujú vykonávať všetky uvedené typy finančných analýz a plánovania, vyhodnocovať riziká a príležitosti podniku.

Softvér pre technický dizajn

Najznámejšími programami tejto triedy sú AutodeskAutokad vo všetkých modifikáciách, umožňujúci počítačom podporované navrhovanie od mechanických častí až po chemické zlúčeniny, a GraphisoftArchiCAD, ktorý je určený pre architektonický dizajn.

Okrem týchto veľmi drahých softvérových produktov existuje celý rad rôznych špecializovaných programov, komerčných aj bezplatných.

Obchodné programy

Podnikový softvér zahŕňa širokú škálu typov softvérových balíkov:

□ softvér na riadenie prevádzky priemyselného podniku;

□ softvér na riadenie procesov;

□ špecializovaný softvér pre priemyselné odvetvia;

□ špecializovaný softvér pre typy výroby;

□ špecializované informačné systémy pre typy podnikania;

□ softvér pre malé podniky;

□ softvér pre sieťové podnikanie.

Pre veľké a stredné podniky sa už štandardom stali hotové systémy plánovania zdrojov (Enterprise Resource Planning – ERP). Najznámejšie softvérové balíky tejto triedy sú SAPR/3 od SAPAG a OracleeBusinessSuite od Oracle. Z ruských softvérových balíkov je najpoužívanejší balík Galaktika ERP od spoločnosti Galaktika Corporation, ako aj 1C: Enterprise.

RP systémy sa rozšírili vďaka svojej modulárnej štruktúre, ktorá umožňuje flexibilnú konfiguráciu softvérového produktu tak, aby vyhovoval potrebám každého podniku. Napríklad OracleeBusinessSuite obsahuje riadiace podsystémy:

□ efektívnosť podnikania;

□ materiálové toky;

□ vzťahy s klientmi;

□ financie;

□ údržba a opravy;

□ personál;

□ výroba;

□ projekty;

□ životný cyklus;

□ logistika.

ERP systém je veľmi flexibilný v konfigurácii, ľahko sa prispôsobí lokalite a dokáže uspokojiť takmer akékoľvek potreby riadenia podniku.

Sociálne výzvy vývoja softvéru. Ľudská nesloboda

Neustále sa zvyšujúca sloboda počítača od softvéru a niekedy aj od diskových jednotiek a zariadení na ukladanie používateľských informácií je v mnohých ohľadoch dobrá: všetko, čo človek potrebuje, je počítačová sieť a možnosť pripojiť sa k nej. V sieti nájdete programy, možno aj operačný systém, v sieti sú dokumenty, po ich úprave alebo preposielaní ich človek opäť uloží do sieťového úložiska. V tomto prípade je ľudská sloboda od softvéru vymenená za neslobodu v inom ohľade. Aký je stupeň dôvernosti, bezpečnosti a dostupnosti dokumentov?

Je pekné vstúpiť do „inteligentného virtuálneho domova“, ktorý sa vo všetkých smeroch zhoduje s vašimi túžbami a snaží sa ich predvídať. Kto však zaručí, že zajtra to budú aj vaše túžby a nie želania nejakého hackera, ktorý hackol informačný systém na správu vašej „inteligentnej domácnosti“?

Preto môžeme predpovedať obdobie dlhého a opatrného postoja k niektorým trendom vo vývoji softvéru, aspoň kým nebudú riadne a spoľahlivo regulované v právnej sfére. Inak sa sloboda poskytovaná technológiou môže zmeniť na nečakané otroctvo.

Intelektuálna degradácia

Počítače sa stávajú inteligentnejšími s čoraz sofistikovanejším softvérom. Rozhranie programu je zároveň stále jednoduchšie a zábavnejšie. Nemusíte premýšľať, nemusíte sa namáhať, najzložitejšie technológie dostupné vo forme farebných ikon a obrázkov urobia všetko za vás: vypočítajú, vyhodnotia, predpovedajú, vyberú manžela, predpíšu diéta. Na internete je oveľa viac odpovedí, ako majú ľudia otázok, a to môže vyvolať poplach. Ak človek netrénuje svaly, fyzicky degraduje, ak človek prestane namáhať svoj myšlienkový aparát, degraduje intelektuálne. Ide o veľmi dôležitú výzvu, na ktorú môže adekvátne odpovedať iba moderný vzdelávací systém budovaný s ohľadom na túto výzvu, vrátane systému kontinuálneho celoživotného vzdelávania.

Otázky

1. Ako možno klasifikovať softvér podľa stupňa jeho interakcie s počítačovým hardvérom?

2. Aké triedy softvéru poznáte podľa typu licencovania?

3. Aký je rozdiel medzi bezplatným, otvoreným, komerčným a proprietárnym softvérom?

4. Aký je rozdiel medzi prenosným a middlewarom?

5. Klasifikujte softvér podľa spôsobu jeho interakcie s počítačovou sieťou.

6. Čo je nebezpečný softvér?

7. Čo je to prenosná aplikácia?

8. Uveďte zoznam tried aplikačného softvéru, ktoré poznáte.

9. Aké sú hlavné funkcie textového procesora?

10. Aké požiadavky musí spĺňať moderný tabuľkový procesor?

11. Aká je hlavná a doplnková funkcionalita programu na vytváranie a predvádzanie prezentácií?

12. Sú programy zahrnuté v balíkoch Microsoft Office a OpenOffice.org funkčne totožné?

13. Aký je účel softvéru na riadenie projektov (so zoznamom funkcií)?

14. Vymenujte funkčnosť, ktorá je dôležitá pre moderný textový procesor.

15. Aké sú funkčné rozdiely medzi MicrosoftWord a OpenOffice.orgWriter?

16. Uveďte hlavné funkcie tabuľkového procesora.

17. Aká je doplnková funkcionalita stolového procesora?

18. Čo sú to kontingenčné tabuľky, na čo slúžia?

19. Aký je účel a typická funkčnosť organizéra?

20. Aké elektronické systémy na správu dokumentov poznáte?

21. Aká je základná funkcionalita systému elektronickej správy dokumentov?

22. Vytvorenie prezentácie pomocou programu PowerPoint.

23. Aké programy na prácu s internetovými službami poznáte?

24. Aké funkcie plní vzdelávací softvér?

25. Ako vytvárať dokumenty a tabuľky v bežných „kancelárskych“ formátoch bez inštalácie kancelárskeho balíka na váš počítač?

26. Aké sú vyhliadky na vývoj softvéru?

27. Aké sú sociálne dôsledky intenzívnej interakcie medzi ľuďmi a moderným softvérom?

28. Spoločenské výzvy vývoja softvéru

Chcel som porovnať výsledky modelovania jednoduchého systému (ako „telo na šnúrke“) pomocou troch rôznych balíkov. Výsledky boli rovnaké, no samotný proces porovnávania sa ukázal ako veľmi zaujímavý. Snažil som sa vysvetliť konkrétne využitie každého produktu, jeho silné a slabé stránky pri výpočte dynamiky mechanických systémov. Okrem toho informácie v ruštine o používaní MapleSim v čase písania článku prakticky chýbali.

Vlastnosti numerického modelovania dynamiky experimentálneho systému uväzovania pomocou softvéru založeného na jazyku Python

Vedecké výpočty v C++

Kreslenie grafov v C++. Zaujala ma jednoduchá knižnica na kreslenie dvojrozmerných grafov. Ako pátranie postupovalo, problém sa spresňoval a zistilo sa toto...
Integrácia obyčajných diferenciálnych rovníc v C++. To si vyžaduje knižnice integrátorov (riešiteľov) a operácií s vektorovou maticou.
Knižnica lineárnej algebry v C++. Nastavenie Armadillo. Výhody: 1) rýchly; 2) je tam všetko, čo potrebujem, napríklad riadkové a stĺpcové matice, nielen vektory (riadky a stĺpce sa dedia z matíc); 3) kvalita kódu (to nedokážem :)).
Knižnice na prácu s riedkymi maticami. Vyberáme knižnicu na prácu s riedkymi maticami. Riešiče SLAE sú vyžadované a je žiaduca multiplatformová. Pridávam informácie, ktoré som tu našiel.

Počítačové matematické systémy

Populárne systémy počítačovej matematiky (SCM) Maple.
Giac je bezplatný SCM s režimom kompatibility Maple.
Maxima je populárny bezplatný SCM.

MATLAB

Prednášky pre študentov. Príklady programov. Projekty.

Bezplatný multiplatformový balík pre vedecké a inžinierske výpočty, ktorý má podobné možnosti ako MATLAB.

Balíky vizuálneho modelovania

Simulink, Xcos a iné... Vizuálne modelovanie vám umožňuje vytvoriť počítačový model dynamického systému vo forme blokovej schémy bez toho, aby ste sa uchyľovali k programovaniu.

vytvára grafiku a animáciu pomocou príkazov. Vykonáva aproximáciu. Môže byť použitý ako vizualizačná knižnica a kalkulačka (jednoduchšia ako MATLAB, ale oveľa výkonnejšia ako vstavaná systémová). Má plnohodnotný programovací jazyk. Malý, inteligentný, bezplatný a multiplatformový :)

Počítačová simulácia pohybu pomocou fyzikálnych motorov

Užitočné informácie o prevádzke fyzikálnych motorov. Modely v Box2d a Bullet.

Zhromažďujeme spolu riešiče PDE a balíky na analýzu konečných prvkov, ktoré tieto riešiče používajú.

Symbolická, alebo, ako sa tiež hovorí, počítačová matematika alebo počítačová algebra, je veľká časť matematického modelovania. Programy tohto druhu možno v zásade klasifikovať ako programy počítačom podporovaného projektovania. V oblasti inžinierskeho dizajnu teda existujú tri hlavné sekcie:

CAD - Počítačom podporovaný dizajn;
CAM - Computer Aided Manufacturing;
CAE – Computer Aided Engineering.

Dnes sa už seriózny dizajn, urbanizmus a architektúra, elektrotechnika a množstvo príbuzných odvetví, ako aj technické vzdelávacie inštitúcie, už nezaobídu bez počítačovo podporovaného projektovania (CAD), výroby a výpočtových systémov. A matematické balíky sú neoddeliteľnou súčasťou sveta CAE systémov, no túto časť nemožno v žiadnom prípade považovať za druhoradú, keďže niektoré problémy sa bez pomoci počítača vôbec nedajú vyriešiť. Navyše, dnes sa aj teoretici (tzv. čistí, nie aplikovaní matematici) uchyľujú k systémom symbolickej matematiky, aby si overili svoje hypotézy.

Len pred nejakými 10 rokmi boli tieto systémy považované za čisto profesionálne, ale polovica 90. rokov sa stala zlomovým bodom pre globálny trh CAD/CAM/CAE systémov pre masové použitie. Potom, po prvýkrát po dlhom čase, boli používateľom osobných počítačov k dispozícii balíky pre parametrické modelovanie s priemyselnými schopnosťami. Tvorcovia takýchto systémov zohľadnili požiadavky širokého spektra používateľov a dali tak príležitosť desiatkam tisíc inžinierov a matematikov využívať najnovšie vedecké poznatky v oblasti technológie CAD/CAM/CAE systémov na svojich osobných pracoviskách. .

Čo teda dokážu programy matematického modelovania? Naozaj vyžadujú od vedcov, aby boli schopní programovať v určitých algoritmických jazykoch, ladiť programy, zachytávať chyby a tráviť veľa času získavaním výsledkov? Nie, tie časy sú dávno preč a teraz matematické balíky využívajú skôr princíp konštrukcie modelu než tradičné „umenie programovania“. To znamená, že používateľ iba predstavuje problém a systém sám nájde metódy a algoritmy na jeho riešenie. Okrem toho také rutinné operácie, ako je otváranie zátvoriek, transformácia výrazov, hľadanie koreňov rovníc, derivácií a neurčitých integrálov, sú nezávisle vykonávané počítačom v symbolickej forme a prakticky bez zásahu používateľa.

Moderné matematické balíky možno použiť ako bežnú kalkulačku, tak aj ako prostriedok na zjednodušenie výrazov pri riešení akýchkoľvek problémov a ako grafický alebo dokonca zvukový generátor! Rozhranie s internetom sa tiež stalo štandardom a HTML stránky sa teraz generujú ako súčasť procesu výpočtu. Teraz môžete vyriešiť problém a zároveň zverejniť priebeh jeho riešenia kolegom na vašej domovskej stránke.

O programoch matematického modelovania a možných oblastiach ich použitia môžeme hovoriť veľmi dlho, ale obmedzíme sa len na krátky prehľad popredných programov s uvedením ich spoločných vlastností a rozdielov. V súčasnosti majú takmer všetky moderné CAE programy zabudované symbolické výpočtové funkcie. Najznámejšie a na matematické symbolické výpočty však najvhodnejšie sú Maple, MathCad, Mathematica a MatLab. Pri preskúmaní hlavných programov symbolickej matematiky však poukážeme aj na možné alternatívy, ktoré sú ideologicky podobné tomu či onomu vedúcemu balíku.

Čo teda tieto programy robia a ako pomáhajú matematikom? Základ kurzu matematickej analýzy vo vysokoškolskom vzdelávaní tvoria také pojmy, ako sú limity, derivácie, primitívne derivácie funkcií, integrály rôznych typov, rady a diferenciálne rovnice. Každý, kto pozná základy vyššej matematiky, pravdepodobne pozná desiatky pravidiel na hľadanie limity, branie integrálov, hľadanie derivácií atď. Ak k tomu pripočítate fakt, že na nájdenie väčšiny integrálov si musíte zapamätať aj tabuľku základných integrálov, získate skutočne obrovské množstvo informácií. A ak nejaký čas necvičíte riešenie takýchto problémov, veľa sa rýchlo zabudne a ak chcete nájsť napríklad zložitejší integrál, budete sa musieť pozrieť do referenčných kníh. Ale brať integrály a nájsť limity v reálnej práci nie je hlavným cieľom výpočtov. Skutočným cieľom je riešenie problémov a výpočty sú len medzikrokom na ceste k tomuto riešeniu.

Pomocou opísaného softvéru môžete ušetriť veľa času a vyhnúť sa mnohým chybám vo výpočtoch. Prirodzene, CAE systémy sa neobmedzujú len na tieto schopnosti, ale v tomto prehľade sa na ne zameriame.

Poznamenajme len, že rozsah problémov, ktoré takéto systémy riešia, je veľmi široký:

vykonávanie matematického výskumu, ktorý si vyžaduje výpočty a analytické výpočty;
vývoj a analýza algoritmov;
matematické modelovanie a počítačové experimenty;
analýza a spracovanie údajov;
vizualizácia, vedecká a inžinierska grafika;
vývoj grafických a výpočtových aplikácií.

Upozorňujeme však, že keďže systémy CAE obsahujú operátory pre základné výpočty, takmer všetky algoritmy, ktoré nie sú zahrnuté v štandardných funkciách, je možné implementovať napísaním vlastného programu.

Mathematica (http://www.wolfram.com/)

400-550 MB miesta na disku;
Operačné systémy: Windows 98/Me/NT 4.0/2000/2003 Server/2003x64/XP/XP x64.

Spoločnosť Wolfram Reseach, Inc., ktorá vyvinula počítačový matematický systém Mathematica, je právom považovaná za najstaršieho a najetablovanejšieho hráča v tejto oblasti. Balík Mathematica (aktuálna verzia 5.2) je široko používaný vo výpočtoch v modernom vedeckom výskume a stal sa všeobecne známym vo vedeckom a vzdelávacom prostredí. Dalo by sa dokonca povedať, že Mathematica má výraznú funkčnú redundanciu (najmä je tu dokonca schopnosť syntetizovať zvuk).

Je však nepravdepodobné, že tento výkonný matematický systém, ktorý sa hlási k svetovému lídrovi, potrebuje sekretárka či dokonca riaditeľ malej komerčnej firmy, nehovoriac o bežných používateľoch. Nepochybne by však každé seriózne vedecké laboratórium alebo univerzitné oddelenie malo mať podobný program, ak má vážny záujem o automatizáciu vykonávania matematických výpočtov akéhokoľvek stupňa zložitosti. Napriek ich zameraniu na seriózne matematické výpočty sa systémy tried Mathematica ľahko naučia a môže ich používať pomerne široká kategória používateľov – vysokoškolskí študenti a učitelia, inžinieri, postgraduálni študenti, výskumní pracovníci a dokonca aj študenti matematických tried vo všeobecnom a špeciálnom vzdelávaní. školy. Všetci nájdu množstvo užitočných možností aplikácie v takomto systéme.

Rozsiahle funkcie programu zároveň nepreťažujú jeho rozhranie a nespomaľujú výpočty. Mathematica neustále preukazuje vysokú rýchlosť symbolických transformácií a numerických výpočtov. Zo všetkých uvažovaných systémov je program Mathematica najkompletnejší a najuniverzálnejší, avšak každý program má svoje výhody aj nevýhody. A hlavne majú svojich prívržencov, ktorých je zbytočné presviedčať o nadradenosti iného systému. Ale tí, ktorí vážne pracujú s počítačovými matematickými systémami, by mali používať niekoľko programov, pretože len to zaručuje vysokú úroveň spoľahlivosti zložitých výpočtov.

Všimnite si, že na vývoji rôznych verzií systému Mathematica sa spolu s materskou spoločnosťou Wolfram Research, Inc. podieľali ďalšie spoločnosti a stovky vysokokvalifikovaných odborníkov vrátane matematikov a programátorov. Sú medzi nimi aj predstavitelia ruskej matematickej školy, ktorá je rešpektovaná a žiadaná v zahraničí. Mathematica je jedným z najväčších softvérových systémov a implementuje najefektívnejšie výpočtové algoritmy. Patrí medzi ne napríklad kontextový mechanizmus, ktorý eliminuje výskyt vedľajších efektov v programoch.

Systém Mathematica je dnes považovaný za svetového lídra medzi počítačovými symbolickými matematickými systémami pre PC, ktorý poskytuje nielen schopnosť vykonávať zložité numerické výpočty s výstupom ich výsledkov v najsofistikovanejšej grafickej forme, ale aj vykonávať mimoriadne pracne. analytické transformácie a výpočty. Verzie systému Windows majú moderné používateľské rozhranie a umožňujú prípravu dokumentov vo forme Notebookov. Kombinujú zdrojové údaje, popisy algoritmov riešenia problémov, programy a výsledky riešení v širokej škále foriem (matematické vzorce, čísla, vektory, matice, tabuľky a grafy).

Mathematica bola koncipovaná ako systém, ktorý by v maximálnej možnej miere automatizoval prácu vedcov a analytických matematikov, preto si zaslúži štúdium aj ako typický predstaviteľ elitných a vysoko inteligentných softvérových produktov najvyššej zložitosti. Oveľa väčší záujem je však ako výkonný a flexibilný matematický súbor nástrojov, ktorý môže poskytnúť neoceniteľnú pomoc väčšine vedcov, vysokoškolských učiteľov, študentov, inžinierov a dokonca aj školákov.

Od samého začiatku bola veľká pozornosť venovaná grafike, vrátane dynamickej, a dokonca aj multimediálnym schopnostiam - reprodukcii dynamickej animácie a syntéze zvuku. Ponuka grafických funkcií a možností, ktoré menia ich pôsobenie, je veľmi široká. Grafika bola vždy silnou stránkou rôznych verzií systému Mathematica a poskytovala im vedúce postavenie medzi počítačovými matematickými systémami.

Vďaka tomu Mathematica rýchlo zaujala vedúcu pozíciu na trhu symbolických matematických systémov. Obzvlášť atraktívne sú rozsiahle grafické možnosti systému a implementácia rozhrania typu notebook. Systém zároveň poskytoval dynamické prepojenie medzi bunkami dokumentov v štýle tabuľkových procesorov aj pri riešení symbolických problémov, čím sa zásadne a výhodne odlišoval od iných podobných systémov.

Mimochodom, ústredné miesto v systémoch triedy Mathematica zaujíma strojovo nezávislé jadro matematických operácií, ktoré umožňuje prenos systému na rôzne počítačové platformy. Na prenos systému na inú počítačovú platformu sa používa procesor rozhrania softvéru Front End. Je to on, kto určuje, aký typ používateľského rozhrania má systém, to znamená, že procesory rozhrania systémov Mathematica pre iné platformy môžu mať svoje vlastné nuansy. Jadro je dostatočne kompaktné, takže z neho možno veľmi rýchlo volať akúkoľvek funkciu. Na rozšírenie sady funkcií použite knižnicu a sadu doplnkových balíkov. Rozširujúce balíky sú pripravené vo vlastnom programovacom jazyku systémov Mathematica a sú hlavným prostriedkom na rozvoj schopností systému a ich prispôsobenie na riešenie špecifických tried užívateľských problémov. Okrem toho majú systémy zabudovaný elektronický systém pomocníka – Help, ktorý obsahuje elektronické knihy s reálnymi príkladmi.

Mathematica je teda na jednej strane typickým programovacím systémom založeným na jednom z najvýkonnejších problémovo orientovaných vysokoúrovňových funkcionálnych programovacích jazykov, určených na riešenie rôznych problémov (vrátane matematických), a na druhej strane interaktívnym systém na riešenie väčšiny matematických úloh online bez tradičného programovania. Mathematica ako programovací systém má teda všetky možnosti na vývoj a vytváranie takmer akýchkoľvek riadiacich štruktúr, organizáciu vstupov a výstupov, prácu so systémovými funkciami a obsluhu akýchkoľvek periférnych zariadení a pomocou rozširujúcich balíkov (Add-ons) je možné prispôsobiť sa potrebám každého používateľa (hoci bežný používateľ tieto programovacie nástroje nemusí potrebovať – vystačí si so zabudovanými matematickými funkciami systému, ktoré svojou hojnosťou a rozmanitosťou udivujú aj skúsených matematikov).

Medzi nevýhody systému Mathematica patrí len veľmi nezvyčajný programovací jazyk, ktorý však uľahčuje podrobný systém nápovedy.

Jednoduchšie, ale ideologicky podobné alternatívy k Mathematice zahŕňajú balíky ako Maxima ( /) a Kalamaris (developer.kde.org/~larrosa/kalamaris.html).

Upozorňujeme, že systém Maxima je nekomerčný projekt s otvoreným zdrojom. Maxima používa na matematickú prácu jazyk podobný Mathematice a grafické rozhranie sa riadi rovnakými princípmi. Spočiatku sa program nazýval Xmaxima a bol vytvorený pre systémy UNIX.

Okrem toho má teraz Maxima ešte výkonnejšie, efektívnejšie a užívateľsky prívetivejšie grafické rozhranie pre rôzne platformy s názvom Wxmaxima (http://wxmaxima.sourceforge.net). A hoci tento projekt v súčasnosti existuje len v beta verzii, postupne sa mení na veľmi vážnu alternatívu ku komerčným systémom.

Čo sa týka programu Kalamaris, ide tiež o nový projekt, ktorý má prístup a ideológiu podobnú systému Mathematica. Projekt ešte nie je dokončený, ale je to tiež dobrá bezplatná alternatíva k takému komerčnému monštru, akým je Mathematica.

Javor (http://www.maplesoft.com/)

Minimálne systémové požiadavky:

Procesor Pentium III 650 MHz;

400 MB miesta na disku;

Operačné systémy: Windows NT 4 (SP5)/98/ME/2000/2003 Server/XP Pro/XP Home.

Program Maple (najnovšia verzia 10.02) je akýmsi patriarchom v rodine symbolických matematických systémov a stále je jedným z lídrov medzi univerzálnymi symbolickými výpočtovými systémami. Poskytuje používateľovi pohodlné intelektuálne prostredie pre matematický výskum na akejkoľvek úrovni a je obzvlášť populárny vo vedeckej komunite. Všimnite si, že symbolický analyzátor programu Maple je najvýkonnejšou súčasťou tohto softvéru, preto bol zapožičaný a zahrnutý v množstve ďalších balíkov CAE, ako sú MathCad a MatLab, ako aj vo vedeckých pracoviskách a matematickom úrade pre Word. balíky na prípravu vedeckých publikácií .

Balík Maple je spoločným vývojom University of Waterloo (Ontário, Kanada) a ETHZ, Zurich, Švajčiarsko. Na jeho predaj bola vytvorená špeciálna spoločnosť - Waterloo Maple, Inc., ktorá sa, žiaľ, preslávila skôr matematickým štúdiom svojho projektu ako úrovňou jeho komerčnej realizácie. Vďaka tomu bol systém Maple predtým dostupný predovšetkým úzkemu okruhu profesionálov. Teraz táto spoločnosť spolupracuje so spoločnosťou MathSoft, Inc., ktorá je úspešnejšia v obchode a vo vývoji používateľského rozhrania matematických systémov. - tvorca veľmi populárnych a rozšírených systémov pre numerické výpočty MathCad, ktoré sa stali medzinárodným štandardom pre technické výpočty.

Maple poskytuje vhodné prostredie pre počítačové experimenty, počas ktorých sa skúšajú rôzne prístupy k problému, analyzujú sa konkrétne riešenia a v prípade potreby programovania sa vyberajú fragmenty vyžadujúce špeciálnu rýchlosť. Balík vám umožňuje vytvárať integrované prostredia s účasťou iných systémov a univerzálnych programovacích jazykov na vysokej úrovni. Keď boli vykonané výpočty a potrebujete formalizovať výsledky, môžete použiť nástroje tohto balíka na vizualizáciu údajov a prípravu ilustrácií na publikovanie. K dokončeniu práce ostáva už len pripraviť tlačený materiál (reportáž, článok, kniha) priamo v prostredí Maple a následne môžete pristúpiť k ďalšiemu štúdiu. Práca je interaktívna – používateľ zadáva príkazy a výsledok ich vykonania okamžite vidí na obrazovke. Zároveň sa balík Maple vôbec nepodobá na tradičné programovacie prostredie, ktoré si vyžaduje prísnu formalizáciu všetkých premenných a akcií s nimi. Tu sa automaticky zabezpečuje výber vhodných typov premenných a kontroluje sa správnosť operácií, takže vo všeobecnom prípade nie je potrebné popisovať premenné a striktne formalizovať záznam.

Balík Maple pozostáva z jadra (postupy napísané v jazyku C a dobre optimalizované), knižnice napísanej v jazyku Maple a vyvinutého externého rozhrania. Jadro vykonáva väčšinu základných operácií a knižnica obsahuje mnoho príkazov – procedúr, ktoré sa vykonávajú v interpretačnom režime.

Rozhranie Maple je založené na koncepte pracovného hárka alebo dokumentu, ktorý obsahuje vstupné/výstupné riadky a text, ako aj grafiku.

Balík je spracovaný v režime tlmočníka. Vo vstupnom riadku používateľ zadá príkaz, stlačí klávesu Enter a dostane výsledok – výstupný riadok (alebo riadky) alebo správu o chybne zadanom príkaze. Okamžite sa vydá výzva na zadanie nového príkazu atď.

Rozhranie Maple

Pracovné okná (listy) systému Maple je možné využiť buď ako interaktívne prostredia na riešenie problémov, alebo ako systém na prípravu technickej dokumentácie. Výkonné skupiny a tabuľky zjednodušujú interakciu používateľa s jadrom Maple tým, že slúžia ako primárny prostriedok, pomocou ktorého sa do systému Maple odosielajú požiadavky na vykonanie špecifických úloh a výstupné výsledky. Oba tieto typy primárnych nástrojov umožňujú zadávanie príkazov Maple.

Systém Maple vám umožňuje zadávať tabuľky obsahujúce čísla aj symboly. Spájajú matematické schopnosti Maple so známym riadkovým a stĺpcovým formátom tradičných tabuliek. Mapové hárky možno použiť na vytváranie tabuliek vzorcov.

Na uľahčenie dokumentácie a organizácie výsledkov výpočtov existujú možnosti rozdelenia na odseky, sekcie a pridávanie hypertextových prepojení. Hypertextový odkaz je navigačná pomôcka. Jedným kliknutím môžete prejsť na iný bod v hárku, na iný hárok, na stránku pomocníka, na hárok na webovom serveri alebo na akúkoľvek inú webovú stránku.

Pracovné listy možno hierarchicky usporiadať do sekcií a podsekcií. Sekcie a podsekcie je možné rozbaliť alebo zbaliť. Maple, rovnako ako iné textové editory, podporuje možnosť záložky.

Výpočet v Maple

Systém Maple je možné použiť na najzákladnejšej úrovni svojich možností - ako veľmi výkonnú kalkulačku na výpočty pomocou daných vzorcov, ale jeho hlavnou výhodou je schopnosť vykonávať aritmetické operácie v symbolickej forme, teda tak, ako to človek robí. . Pri práci so zlomkami a odmocninami ich program pri výpočtoch neprevádza do desatinnej formy, ale robí potrebné zmenšenia a transformácie do stĺpca, čím sa vyhnete chybám pri zaokrúhľovaní. Na prácu s desiatkovými ekvivalentmi má systém Maple špeciálny príkaz, ktorý aproximuje hodnotu výrazu vo formáte s pohyblivou rádovou čiarkou. Systém Maple počíta konečné a nekonečné súčty a produkty, vykonáva výpočtové operácie s komplexnými číslami, ľahko redukuje komplexné číslo na číslo v polárnych súradniciach, vypočítava číselné hodnoty elementárnych funkcií a pozná aj mnoho špeciálnych funkcií a matematických konštánt ( ako napríklad „e“ a „pi“). Maple podporuje stovky špeciálnych funkcií a čísel, ktoré sa nachádzajú v mnohých oblastiach matematiky, vedy a inžinierstva. Tu je len niekoľko z nich:

chybová funkcia;
Eulerova konštanta;
exponenciálny integrál;
eliptická integrálna funkcia;
gama funkcia;
funkcia zeta;
Funkcia ťažkého kroku;
Diracova delta funkcia;
Besselove a modifikované Besselove funkcie.

Systém Maple ponúka rôzne spôsoby reprezentácie, redukcie a transformácie výrazov, ako sú operácie, ako je zjednodušenie a faktorizácia algebraických výrazov a ich redukcia do rôznych foriem. Maple teda možno použiť na riešenie rovníc a systémov.

Maple má tiež mnoho výkonných nástrojov na vyhodnocovanie výrazov s jednou alebo viacerými premennými. Program je možné použiť na riešenie problémov diferenciálneho a integrálneho počtu, limitného počtu, rozšírenia radov, sčítania radov, násobenia, integrálnych transformácií (ako je Laplaceova transformácia, Z-transformácia, Mellinova alebo Fourierova transformácia), ako aj napr. študovať spojité alebo po častiach spojité funkcie.

Maple dokáže vypočítať limity funkcií, konečné aj smerujúce k nekonečnu, a tiež rozpoznáva neistoty v limitoch. Tento systém dokáže riešiť rôzne bežné diferenciálne rovnice (ODE), ako aj parciálne diferenciálne rovnice (PDE), vrátane problémov počiatočných podmienok (IVP) a problémov okrajových podmienok (BVP).

Jedným z najčastejšie používaných softvérových balíkov v Maple je balík lineárnej algebry, ktorý obsahuje výkonnú sadu príkazov na prácu s vektormi a maticami. Maple dokáže nájsť vlastné hodnoty a vlastné vektory operátorov, vypočítať krivočiare súradnice, nájsť maticové normy a vypočítať mnoho rôznych typov rozkladov matíc.

Pre technické aplikácie Maple obsahuje referenčné knihy fyzikálnych konštánt a jednotiek fyzikálnych veličín s automatickou konverziou vzorcov. Maple je obzvlášť účinný pri výučbe matematiky. Najvyššia inteligencia tohto systému symbolickej matematiky sa spája s vynikajúcimi nástrojmi matematického numerického modelovania a jednoducho úžasnými možnosťami grafickej vizualizácie riešení. Systémy ako Maple je možné využiť ako vo výučbe, tak aj pri samovzdelávaní pri štúdiu matematiky od úplného začiatku až po vrchol.

Grafika v Maple

Systém Maple podporuje 2D aj 3D grafiku. Takto môžete reprezentovať explicitné, implicitné a parametrické funkcie, ako aj viacrozmerné funkcie a jednoduché súbory údajov v grafickej forme a vizuálne hľadať vzory.

Grafické nástroje Maple vám umožňujú vytvárať dvojrozmerné grafy niekoľkých funkcií naraz, vytvárať grafy konformných transformácií funkcií s komplexnými číslami a vytvárať grafy funkcií v logaritmických, dvojitých logaritmických, parametrických, fázových, polárnych a obrysových formách. Môžete graficky znázorniť nerovnice, implicitné funkcie, riešenia diferenciálnych rovníc a koreňové hodografy.

Maple dokáže generovať povrchy a krivky v 3D, vrátane povrchov definovaných explicitnými a parametrickými funkciami, ako aj riešenia diferenciálnych rovníc. Zároveň môže byť prezentovaný nielen v statickej forme, ale aj vo forme dvoj- či trojrozmernej animácie. Táto vlastnosť systému môže byť použitá na zobrazenie procesov prebiehajúcich v reálnom čase.

Upozorňujeme, že na prípravu výsledku a zdokumentovanie výskumu má systém všetky možnosti výberu písma pre mená, nápisy a iné textové informácie na grafoch. V tomto prípade môžete meniť nielen písma, ale aj jas, farbu a mierku grafu.

Špecializované aplikácie

Komplexná sada výkonných Maple PowerTools a balíkov pre oblasti, ako je analýza konečných prvkov (FEM), nelineárna optimalizácia a ďalšie, plne uspokojí používateľov s vysokoškolským matematickým zázemím. Maple tiež obsahuje balíky rutín na riešenie problémov lineárnej a tenzorovej algebry, euklidovskej a analytickej geometrie, teórie čísel, teórie pravdepodobnosti a matematickej štatistiky, kombinatoriky, teórie grúp, integrálnych transformácií, numerickej aproximácie a lineárnej optimalizácie (simplexná metóda), ako aj problémy finančnej matematiky a mnoho, mnoho ďalších.

Softvérový balík Finance je určený na finančné výpočty. S jeho pomocou si viete vypočítať aktuálnu a akumulovanú výšku anuity, celkovú rentu, výšku doživotnej renty, celkovú doživotnú rentu a úrokový výnos z dlhopisov. Môžete zostaviť amortizačnú tabuľku, určiť skutočnú výšku sadzby pre zložené úročenie a vypočítať súčasnú a budúcu fixnú sumu pre konkrétnu sadzbu a zložené úročenie.

Programovanie

Systém Maple používa procedurálny jazyk 4. generácie (4GL). Tento jazyk je špeciálne navrhnutý pre rýchly vývoj matematických rutín a vlastných aplikácií. Syntax tohto jazyka je podobná syntaxi univerzálnych jazykov na vysokej úrovni: C, Fortran, Basic a Pascal.

Maple dokáže generovať kód, ktorý je kompatibilný s programovacími jazykmi ako Fortran alebo C a s typovacím jazykom LaTeX, ktorý je vo vedeckom svete veľmi populárny a používa sa na publikovanie. Jednou z výhod tejto vlastnosti je možnosť poskytnúť prístup k špecializovaným numerickým programom, ktoré maximalizujú rýchlosť riešenia zložitých problémov. Napríklad pomocou systému Maple môžete vyvinúť určitý matematický model a potom ho použiť na vygenerovanie kódu C, ktorý sa zhoduje s týmto modelom. Jazyk 4GL, špeciálne optimalizovaný pre vývoj matematických aplikácií, umožňuje skrátiť proces vývoja a prvky Maplets alebo dokumenty Maple so zabudovanými grafickými komponentmi vám pomôžu prispôsobiť používateľské rozhranie.

Zároveň si v prostredí Maple môžete pripraviť dokumentáciu k aplikácii, keďže nástroje balíka umožňujú vytvárať profesionálne vyzerajúce technické dokumenty obsahujúce text, interaktívne matematické výpočty, grafy, kresby a dokonca aj zvuk. Môžete tiež vytvárať interaktívne dokumenty a prezentácie pridaním tlačidiel, posúvačov a iných komponentov a nakoniec publikovať dokumenty na internete a nasadiť interaktívne výpočty na webe pomocou servera MapleNet.

Kompatibilita s internetom

Maple je prvý univerzálny matematický balík, ktorý ponúka plnú podporu pre štandard MathML 2.0, ktorý riadi vzhľad a dojem z matematiky na webe. Táto exkluzívna funkcia robí z aktuálnej verzie MathML primárny nástroj pre internetovú matematiku a zároveň nastavuje novú úroveň kompatibility pre viacerých používateľov. TCP/IP poskytuje dynamický prístup k informáciám z iných internetových zdrojov, ako sú finančné analýzy v reálnom čase alebo údaje o počasí.

Perspektívy rozvoja

Najnovšie verzie Maple, okrem ďalších algoritmov a metód na riešenie matematických problémov, dostali pohodlnejšie grafické rozhranie, pokročilé nástroje na vizualizáciu a vytváranie grafov, ako aj ďalšie programovacie nástroje (vrátane kompatibility s univerzálnymi programovacími jazykmi). Počnúc deviatou verziou bol do balíka pridaný import dokumentov z programu Mathematica, do systému pomocníka boli zavedené definície matematických a inžinierskych pojmov a rozšírená navigácia po stránkach pomocníka. Okrem toho sa zlepšila kvalita tlače vzorcov, najmä pri formátovaní veľkých a zložitých výrazov, a výrazne sa znížila veľkosť MW súborov na ukladanie pracovných dokumentov Maple.

Maple je teda možno najvyváženejším systémom a nesporným lídrom v oblasti symbolických výpočtových schopností pre matematiku. Zároveň sa tu spája originálny symbolický engine s ľahko zapamätateľným štruktúrovaným programovacím jazykom, takže Maple je možné použiť na malé úlohy aj veľké projekty.

Jedinou nevýhodou systému Maple je jeho trochu „premyslená“ povaha, ktorá nie je vždy opodstatnená, ako aj veľmi vysoké náklady na tento program (v závislosti od verzie a sady knižníc dosahuje jeho cena niekoľko desiatok tisíc dolárov , hoci študentom a výskumníkom ponúkajú lacné verzie – za niekoľko stoviek dolárov).

Balík Maple je široko distribuovaný na univerzitách popredných vedeckých veľmocí, výskumných centrách a spoločnostiach. Program sa neustále vyvíja, zahŕňa nové oblasti matematiky, získava nové funkcie a poskytuje lepšie prostredie pre výskumnú prácu. Jedným z hlavných smerov vývoja tohto systému je zvýšenie výkonu a spoľahlivosti analytických (symbolických) výpočtov. Tento smer je najviac zastúpený v Maple. Maple už dnes dokáže vykonávať zložité analytické výpočty, ktoré často presahujú schopnosti ani skúsených matematikov. Samozrejme, Maple nie je schopný brilantných odhadov, ale systém vykonáva rutinné a hromadné výpočty brilantne. Ďalšou dôležitou oblasťou je zvyšovanie efektívnosti numerických výpočtov. V dôsledku toho sa výrazne zvýšili vyhliadky na použitie Maple v numerickom modelovaní a pri vykonávaní zložitých výpočtov, a to aj s ľubovoľnou presnosťou. A napokon úzka integrácia Maple s iným softvérom je ďalším dôležitým smerom vo vývoji tohto systému. Symbolické výpočtové jadro Maple je už zahrnuté v množstve počítačových matematických systémov – od systémov pre široké spektrum používateľov, ako je MathCad, až po jeden z najlepších systémov pre numerické výpočty a modelovanie, MatLab.

Všetky tieto funkcie v kombinácii s dobre navrhnutým a užívateľsky prívetivým užívateľským rozhraním a výkonným systémom pomoci robia z Maple prvotriedne softvérové prostredie na riešenie širokej škály matematických problémov, schopné pomôcť užívateľom efektívne riešiť vzdelávacie a reálne problémy. vedeckých a technických problémov.

Alternatívne balíčky

Jednoduchšie, ale ideologicky podobné alternatívy k programu Maple zahŕňajú také balíčky ako Derive (http://www.chartwellyorke.com/derive.html), Scientific WorkPlace (http://www.mackichan.com/) a YaCaS (www. xs4all.nl/~apinkus/yacas.html).

Ako sme už povedali, Scientific WorkPlace (SWP, aktuálna verzia 5.5) bol pôvodne vyvinutý ako vedecký textový editor, ktorý vám umožňuje jednoducho písať a upravovať matematické vzorce. Postupom času však MacKichan Software, Inc. (vývojár Scientific WorkPlace) licencoval symbolový engine Maple od Waterloo Maple, Inc. a teraz program kombinuje ľahko použiteľný matematický textový procesor a systém počítačovej algebry v jednom prostredí. Pomocou vstavanej počítačovej algebry môžete vykonávať výpočty priamo v dokumente. Samozrejme, tento program nemá rovnaké možnosti ako Maple, ale je malý a ľahko sa používa.

Pokiaľ ide o YaCaS (skratka pre Yet Another Computer Algebra System), je to bezplatná multiplatformová alternatíva k Maple, postavená na rovnakých princípoch. Výkonný a vysoko efektívny nástroj YaCaS je plne implementovaný v C++ pod otvorenou licenciou (OpenSource). Rozhranie je, samozrejme, horšie a jednoduchšie ako u jeho ctihodných konkurentov, ale celkom pohodlné.

Ale malý komerčný matematický systém Derive (aktuálna verzia 6.1) existuje už pomerne dlho, ale, samozrejme, nemožno ho považovať za plnohodnotnú alternatívu k Maple, hoci je dodnes atraktívny pre svoju nenáročnosť Hardvérové zdroje počítača. Navyše pri riešení problémov strednej zložitosti vykazuje ešte vyšší výkon a väčšiu spoľahlivosť riešenia ako prvé verzie systémov Maple a Mathematica. Pre systém Derive je však ťažké vážne konkurovať týmto systémom - tak z hľadiska množstva funkcií a pravidiel analytických transformácií, ako aj z hľadiska schopností počítačovej grafiky a pohodlia používateľského rozhrania. V súčasnosti je Derive skôr základný systém na trénovanie počítačovej algebry.

A hoci má najnovšia verzia Derive 6 pre Windows už moderné, užívateľsky prívetivé rozhranie, v mnohých ohľadoch zaostáva za sofistikovaným rozhraním svojich ctihodných konkurentov. A pokiaľ ide o schopnosť graficky vizualizovať výsledky výpočtov, Derive vo všeobecnosti výrazne zaostáva za svojimi konkurentmi.

MatLab (http://www.mathworks.com/)

Minimálne systémové požiadavky:

procesor Pentium III, 4, Xeon, Pentium M; AMD Athlon, Athlon XP, Athlon MP;
256 MB RAM (odporúča sa 512 MB);
400 MB miesta na disku (len pre samotný systém MatLab a jeho pomocníka);
operačný systém Microsoft Windows 2000 (SP3)/XP.

Systém MatLab je produkt strednej úrovne určený pre symbolickú matematiku, ale je navrhnutý pre široké použitie v oblasti CAE (to znamená, že je silný aj v iných oblastiach). MatLab je jeden z najstarších, starostlivo vyvinutých a časom overených systémov na automatizáciu matematických výpočtov, postavený na pokročilej reprezentácii a aplikácii maticových operácií. To sa odráža aj v samotnom názve systému - MATrix LABORatory, teda maticové laboratórium. Syntax programovacieho jazyka systému je však premyslená tak starostlivo, že túto orientáciu takmer nepocítia tí používatelia, ktorí sa o maticové výpočty priamo nezaujímajú.

Napriek tomu, že MatLab bol pôvodne určený výhradne pre výpočtovú techniku, v procese evolúcie (a teraz už bola vydaná verzia 7) bolo okrem vynikajúcich výpočtových nástrojov zakúpené aj symbolické transformačné jadro od Waterloo Maple v rámci licencie pre MatLab, a objavili sa knižnice, ktoré poskytujú funkcie v MatLab, ktoré sú jedinečné pre matematické balíky. Napríklad známa knižnica Simulink, implementujúca princíp vizuálneho programovania, umožňuje zostaviť logickú schému komplexného riadiaceho systému len zo štandardných blokov, bez písania jediného riadku kódu. Po zostavení takéhoto obvodu môžete podrobne analyzovať jeho fungovanie.

Systém MatLab má tiež rozsiahle možnosti programovania. Jeho knižnica C Math (kompilátor MatLab) je objektovo založená a obsahuje viac ako 300 procedúr spracovania údajov v jazyku C. Vo vnútri balíka môžete použiť procedúry MatLab aj štandardné procedúry v jazyku C, čo z tohto nástroja robí silný nástroj na vývoj aplikácií. (pomocou kompilátora C Math môžete vložiť ľubovoľné procedúry MatLab do hotových aplikácií).

Knižnica C Math vám umožňuje používať nasledujúce kategórie funkcií:

operácie s maticami;
porovnávanie matríc;
riešenie lineárnych rovníc;
rozšírenie operátorov a hľadanie vlastných hodnôt;
nájdenie inverznej matice;
hľadanie determinantu;
maticový exponenciálny výpočet;
elementárna matematika;
funkcie beta, gama, erf a eliptické funkcie;
základy štatistiky a analýzy údajov;
hľadanie koreňov polynómov;
filtrovanie, konvolúcia;
rýchla Fourierova transformácia (FFT);
interpolácia;
operácie s reťazcami;
vstupno-výstupné operácie so súbormi atď.

Všetky knižnice MatLab sa navyše vyznačujú vysokou rýchlosťou numerických výpočtov. Matice sú však široko používané nielen v takých matematických výpočtoch, ako je riešenie úloh lineárnej algebry a matematického modelovania, výpočty statických a dynamických systémov a objektov. Sú základom pre automatické zostavovanie a riešenie stavových rovníc dynamických objektov a systémov. Práve univerzálnosť maticového kalkulového aparátu výrazne zvyšuje záujem o systém MatLab, ktorý má zakomponované tie najlepšie úspechy v oblasti rýchleho riešenia maticových úloh. MatLab preto už dávno prekročil rámec špecializovaného maticového systému a stal sa jedným z najvýkonnejších univerzálnych integrovaných systémov počítačovej matematiky.

Na vizualizáciu simulácie má systém MatLab knižnicu Image Processing Toolbox, ktorá poskytuje širokú škálu funkcií, ktoré podporujú vizualizáciu výpočtov vykonávaných priamo z prostredia MatLab, zväčšovanie a analýzu, ako aj možnosť zostavovať algoritmy spracovania obrazu. Pokročilé techniky grafických knižníc v spojení s programovacím jazykom MatLab poskytujú otvorený, rozšíriteľný systém, ktorý možno použiť na vytváranie vlastných aplikácií vhodných na spracovanie grafiky.

Hlavné nástroje knižnice Image Processing Tollbox:

vytváranie filtrov, filtrovanie a obnova obrazu;
zväčšenie obrazu;
Analýza a štatistické spracovanie obrazov;
identifikácia oblastí záujmu, geometrické a morfologické operácie;
manipulácia s farbami;
dvojrozmerné transformácie;
spracovateľská jednotka;
vizualizačný nástroj;
písanie/čítanie grafických súborov.

Systém MatLab je teda možné použiť na spracovanie obrazu vytvorením vlastných algoritmov, ktoré budú pracovať s grafickými poľami ako dátovými maticami. Keďže MatLab je optimalizovaný pre prácu s matricami, výsledkom je jednoduchosť použitia, vysoká rýchlosť a nákladová efektívnosť vykonávania operácií s obrazom.

Program MatLab teda možno použiť na obnovu poškodených obrázkov, rozpoznávanie vzorov objektov na obrázkoch alebo na vývoj akéhokoľvek vlastného originálneho algoritmu na spracovanie obrazu. Knižnica Image Processing Tollbox zjednodušuje vývoj vysoko presných algoritmov, pretože každá z funkcií zahrnutých v knižnici je optimalizovaná pre maximálnu rýchlosť, efektivitu a presnosť výpočtov. Okrem toho knižnica poskytuje vývojárom množstvo nástrojov na vytváranie vlastných riešení a na implementáciu zložitých aplikácií na spracovanie grafiky. A keď analyzujete obrázky, okamžitý prístup k výkonným vizualizačným nástrojom vám pomôže okamžite vidieť účinky zväčšenia, rekonštrukcie a filtrovania.

Z ďalších knižníc systému MatLab možno spomenúť aj System Identification Toolbox - súbor nástrojov na vytváranie matematických modelov dynamických systémov na základe pozorovaných vstupno/výstupných údajov. Špeciálnou vlastnosťou tejto sady nástrojov je prítomnosť flexibilného používateľského rozhrania, ktoré vám umožňuje organizovať údaje a modely. Knižnica System Identification Toolbox podporuje parametrické aj neparametrické metódy. Rozhranie systému uľahčuje predbežné spracovanie údajov, prácu s iteračným procesom vytvárania modelov na získanie odhadov a zvýraznenie najvýznamnejších údajov. Rýchlo vykonávajte s minimálnym úsilím operácie, ako je otváranie/ukladanie údajov, zvýraznenie oblasti možných hodnôt údajov, odstraňovanie chýb a zabránenie tomu, aby údaje opustili svoju charakteristickú úroveň.

Dátové súbory a identifikované modely sú usporiadané graficky, čo uľahčuje vyvolanie výsledkov predchádzajúcich analýz počas procesu identifikácie systému a výber ďalších možných krokov v tomto procese. Hlavné používateľské rozhranie organizuje údaje tak, aby zobrazovali už získaný výsledok. To uľahčuje rýchle porovnanie odhadov modelov, umožňuje vám graficky zvýrazniť najvýznamnejšie modely a preskúmať ich výkonnosť.

A pokiaľ ide o matematické výpočty, MatLab poskytuje prístup k obrovskému množstvu rutín obsiahnutých v NAG Foundation Library of Numerical Algorithms Group Ltd (súprava nástrojov má stovky funkcií z rôznych oblastí matematiky a mnohé z týchto programov boli vyvinuté dobre -známi odborníci vo svete). Ide o unikátnu zbierku implementácií moderných numerických metód počítačovej matematiky, ktorá vznikla za posledné tri desaťročia. MatLab teda absorboval skúsenosti, pravidlá a metódy matematických výpočtov nahromadené počas tisícok rokov vývoja matematiky. Rozsiahlu dokumentáciu dodávanú len so systémom možno považovať za základnú viaczväzkovú elektronickú referenčnú knihu o matematickom softvéri.

Medzi nedostatky systému MatLab môžeme zaznamenať nízku integráciu prostredia (veľa okien, s ktorými sa lepšie pracuje na dvoch monitoroch), málo prehľadný systém nápovedy (a napriek tomu objem vlastnej dokumentácie dosahuje takmer 5 tisíc strán, čo sťažuje kontrolu) a špecifický editor kódu pre programy MatLab. V súčasnosti je systém MatLab široko používaný v technike, vede a vzdelávaní, no stále je vhodnejší na analýzu dát a organizáciu výpočtov ako na čisto matematické výpočty.

Preto sa na vykonávanie analytických transformácií v MatLab používa jadro symbolickej transformácie Maple az Maple máte prístup k MatLab na numerické výpočty. Nie nadarmo sa symbolická matematika Maple stala neoddeliteľnou súčasťou množstva moderných balíkov a numerická analýza z MatLab a toolboxov sú jedinečné. Napriek tomu sú matematické balíky Maple a MatLab intelektuálnymi lídrami vo svojich triedach, sú to modely, ktoré určujú vývoj počítačovej matematiky.

Medzi jednoduchšie, ale ideologicky podobné alternatívy programu MatLab patria balíčky ako Octave (www.octave.org), KOctave (bubben.homelinux.net/~matti/koctave/) a Genius (www.jirka.org/genius .html).

Octave je numerický výpočtový program, ktorý je vysoko kompatibilný s MatLab. Rozhranie systému Octave je samozrejme chudobnejšie a nemá také unikátne knižnice ako MatLab, ale je to veľmi ľahko naučiteľný program, ktorý nevyžaduje systémové prostriedky. Octave je distribuovaný pod licenciou open source (OpenSource) a môže byť dobrým pomocníkom pre vzdelávacie inštitúcie.

Program KOctave je v podstate pokročilejšie grafické rozhranie pre systém Octave. V dôsledku používania KOctave sa systém Octave stáva úplne podobným MatLab.

Jednoduchý matematický program Genius, prirodzene, nemôže konkurovať svojim slávnym konkurentom, ale jeho ideológia matematických transformácií je podobná ako v MatLab a Maple. Genius je tiež distribuovaný pod licenciou open source (OpenSource). Má vlastný jazyk GEL, vyvinutý Genius Math Tool a dobrý systém na prípravu dokumentov na publikovanie (pomocou dizajnérskych jazykov ako LaTeX, Troff (eqn) a MathML). Práca s programom Genius bude jednoduchá a pohodlná vďaka veľmi dobrému grafickému rozhraniu programu Genius.

MathCad (http://www.mathsoft.com/, http://www.mathcad.com/)

Minimálne systémové požiadavky:

procesor Pentium II alebo vyšší;
128 MB RAM (odporúča sa 256 MB alebo viac);
200-400 MB miesta na disku;
operačné systémy: Windows 98/Me/NT 4.0/2000/XP.

Na rozdiel od výkonného balíka MatLab, ktorý je zameraný na vysoko efektívne výpočty pri analýze dát, je program MathCad (aktuálna verzia 13) skôr jednoduchý, ale pokročilý matematický textový editor s rozsiahlymi možnosťami symbolických výpočtov a výborným rozhraním. MathCad nemá programovací jazyk ako taký a symbolický výpočtový stroj je vypožičaný z balíka Maple. Ale rozhranie programu MathCad je veľmi jednoduché a možnosti vizualizácie sú bohaté. Všetky výpočty sú tu realizované na úrovni vizuálneho záznamu výrazov v bežne používanej matematickej forme. Balík má dobré tipy, podrobnú dokumentáciu, funkciu školenia, množstvo doplnkových modulov a slušnú technickú podporu od výrobcu (ako môžete vidieť z verzie produktu, tento program je aktualizovaný častejšie ako ostatné uvedené v tejto recenzii, aj keď rok vydania prvej verzie je približne rovnaký - 1996-1997). Zatiaľ sú však matematické schopnosti MathCadu v oblasti počítačovej algebry oveľa nižšie ako systémy Maple, Mathematica, MatLab a dokonca aj malý Derive. Pomocou programu MathCad však bolo vydaných veľa kníh a školiacich kurzov, a to aj v Rusku. Dnes sa tento systém stal doslova medzinárodným štandardom pre technické výpočty a dokonca aj mnoho školákov sa učí a používa MathCad.

Pre malé množstvo výpočtov je MathCad ideálny - tu sa dá všetko urobiť veľmi rýchlo a efektívne a potom sa dá práca naformátovať do bežnej formy (MathCad poskytuje dostatok možností na formátovanie výsledkov, dokonca ich zverejňovanie na internete). Balík má pohodlné možnosti importu/exportu údajov. Môžete napríklad pracovať s tabuľkami programu Microsoft Excel priamo v dokumente MathCad.

Vo všeobecnosti je MathCad veľmi jednoduchý a pohodlný program, ktorý možno odporučiť širokému spektru používateľov, vrátane tých, ktorí sa v matematike príliš nevyznajú, a najmä tých, ktorí sa jej základy ešte len učia.

Ako lacnejšie, jednoduchšie, no ideologicky podobné alternatívy k programu MathCad môžeme zaznamenať také balíčky ako už spomínaný YaCaS, komerčný systém MuPAD (http://www.mupad.de/) a bezplatný program KmPlot (http:/ /edu.kde .org/kmplot/).

Program KmPlot je distribuovaný pod licenciou open source (OpenSource). Veľmi ľahko sa učí a je vhodný aj pre školákov.

Pokiaľ ide o program MuPAD, ide o moderný integrovaný systém matematických výpočtov, pomocou ktorého môžete vykonávať numerické a symbolické transformácie, ako aj kresliť dvojrozmerné a trojrozmerné grafy geometrických objektov. Z hľadiska svojich schopností je však MuPAD výrazne horší ako jeho ctihodní konkurenti a je skôr systémom základnej úrovne určeným na tréning.

Záver

Napriek tomu, že v oblasti počítačovej matematiky nie je taká rozmanitosť ako povedzme v oblasti počítačovej grafiky, za zjavnou obmedzenosťou trhu s matematickými programami sa skrývajú ich skutočne neobmedzené možnosti! Systémy CAE spravidla pokrývajú takmer všetky oblasti matematiky a inžinierskych výpočtov.

Kedysi boli symbolické matematické systémy zamerané výlučne na úzky okruh odborníkov a pracovali na veľkých počítačoch (mainframe). Ale s príchodom PC boli tieto systémy pre ne prerobené a privedené na úroveň masových sériových softvérových systémov. V súčasnosti na trhu koexistujú symbolické matematické systémy rôznych kalibrov - od systému MathCad určeného pre široké spektrum spotrebiteľov až po počítačové monštrá Mathematica, MatLab a Maple, ktoré majú tisíce vstavaných a knižničných funkcií, rozsiahle možnosti pre grafickú vizualizáciu výpočtov a vyvinutých nástrojov na prípravu dokumentácie.

Všimnite si, že takmer všetky tieto systémy fungujú nielen na osobných počítačoch vybavených populárnymi operačnými systémami Windows, ale aj na operačných systémoch Linux, UNIX, Mac OS, ako aj na PDA. Používatelia ich už dlho poznajú a sú rozšírené na všetkých platformách – od handheldov až po superpočítače.